(57)【要約】  【課題】  露光ヘッドおよび露光装置において、高い解像度を維持しつつ、複雑な構成を用いることなく、実質的に深い焦点深度を有する。  【解決手段】  照射された光を各々制御信号に応じて変調する画素部が多数並設されてなるＤＭＤ５０等の空間光変調素子を備え、感光材料１５０に対して相対移動して感光材料１５０の同一位置を複数の画素部からの光により多重露光する露光ヘッドにおいて、空間光変調素子と感光材料１５０との間の光路に、空間光変調素子の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズ５６がアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイ５５が配置される。同一位置の多重露光に用いられるマイクロレンズ５６Ａ〜５６Ｄはそれぞれ焦点距離が異なる。露光装置は、露光ヘッドと、この露光ヘッドを感光材料１５０に対して相対移動させるステージ１５２を備える。【選択図】          図９
2007033973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射された光を各々制御信号に応じて変調する画素部が多数並設されてなる空間光変調素子を備え、感光材料に対して相対移動して前記感光材料の同一位置を複数の前記画素部からの光により多重露光する露光ヘッドにおいて、
前記空間光変調素子と前記感光材料との間の光路に、前記空間光変調素子の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイが配置され、
前記同一位置の多重露光に用いられる前記マイクロレンズのうち少なくとも２つのマイクロレンズの焦点距離が異なることを特徴とする露光ヘッド。
【請求項２】
前記同一位置の多重露光に用いられる前記マイクロレンズのうち少なくとも３つのマイクロレンズの焦点距離が異なり、焦点距離が近い該マイクロレンズ同士の焦点距離の差が、該マイクロレンズの焦点距離が短いほど小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の露光ヘッド。
【請求項３】
前記同一位置の多重露光に用いられる前記マイクロレンズのうち少なくとも３つのマイクロレンズの焦点距離が異なり、焦点距離が近い該マイクロレンズ同士の焦点距離の差が、該マイクロレンズの焦点距離が長いほど小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の露光ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光ヘッドと、
前記露光ヘッドを前記感光材料に対して相対移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は露光ヘッドおよび露光装置に関し、特に、制御信号に応じて光を変調する空間光変調素子を有し、感光材料に対して相対的に移動して該感光材料を露光する露光ヘッドと、該露光ヘッドを備えた露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像データに基づいて空間光変調素子により変調された光を用いて感光材料を露光する露光ヘッド、および該露光ヘッドを走査させて該感光材料上に画像パターンを形成する露光装置が種々知られている。空間光変調素子は、照射された光を各々制御信号に応じて変調する多数の画素部が並設されてなるものであり、その一例としてＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）が挙げられる。ＤＭＤは、制御信号に応じて反射面の角度を変化させる多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に２次元状に配列されてなるミラーデバイスである。
【０００３】
特許文献１および特許文献２には、ＤＭＤを空間光変調素子として用い、空間光変調素子で変調された光の光路に、空間光変調素子の各画素部にそれぞれ対応して各画素部からの光を集光するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイを配置した構成の露光装置が記載されている。さらに特許文献２には、走査方向に対してＤＭＤを傾斜させて配置し、１つの走査線上を重ねて露光（多重露光）することにより、画像むらの低減を図ると共に、走査時の走査線の間隔を密にして解像度の向上を図る技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−３３７４２５号公報
【特許文献２】特開２００４−９５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなマイクロレンズアレイを用いた露光装置では、ＤＭＤで変調された光をマイクロレンズアレイのマイクロレンズでドット状に成形し、その光を感光材料に投影して露光している。このときの分解能ＲはマイクロレンズのＮＡ（開口数）に依存し、下式（１）で表される。  
Ｒ＝ｋ１×λ／ＮＡ                              （１）
ここで、ｋ１：定数、  λ：波長、  ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθ、  ｎ：屈折率
θ：像点から射出瞳の半径に対して張る角度
式（１）からわかるように、レンズ形状を制御して分解能を向上させるには、ＮＡを大きくする必要がある。一方、焦点深度Ｚは下式（２）で表される。  
Ｚ＝ｋ２×λ／ＮＡ２                             （２）
式（２）からわかるように、ＮＡが大きいほど、焦点深度は浅い。
【０００５】
以上より、露光波長が一定の場合、分解能向上のためにＮＡを大きくすると、焦点深度が浅くなる。焦点深度が浅いと、感光材料に入射する光の光軸方向の微小な位置ズレにより生じる露光面でのボケ量が大きくなり、感光材料に形成されるパターンの鮮鋭度が劣化するという問題が起こる。特に感光層が厚い基板の場合は、上記位置ズレの問題が大きくなる。上記問題はオートフォーカス機構を付加することにより解決できるが、基板の検出機構、制御機構等が別途必要となり、構造が複雑化し、コストアップする等の新たな問題が発生する。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高い解像度を維持しつつ、複雑な構成を用いることなく、実質的に深い焦点深度を有する露光ヘッドおよび該露光ヘッドを備えた露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の露光ヘッドは、照射された光を各々制御信号に応じて変調する画素部が多数並設されてなる空間光変調素子を備え、感光材料に対して相対移動して前記感光材料の同一位置を複数の前記画素部からの光により多重露光する露光ヘッドにおいて、前記空間光変調素子と前記感光材料との間の光路に、前記空間光変調素子の各画素部からの光をそれぞれ集光するマイクロレンズがアレイ状に配されてなるマイクロレンズアレイが配置され、前記同一位置の多重露光に用いられる前記マイクロレンズのうち少なくとも２つのマイクロレンズの焦点距離が異なることを特徴とするものである。
【０００８】
前記同一位置の多重露光に用いられる前記マイクロレンズのうち少なくとも３つのマイクロレンズの焦点距離が異なり、焦点距離が近い該マイクロレンズ同士の焦点距離の差が、該マイクロレンズの焦点距離が短いほど小さくなるように設定してもよい。
【０００９】
あるいは、前記同一位置の多重露光に用いられる前記マイクロレンズのうち少なくとも３つのマイクロレンズの焦点距離が異なり、焦点距離が近い該マイクロレンズ同士の焦点距離の差が、該マイクロレンズの焦点距離が長いほど小さくなるように設定してもよい。
【００１０】
ここで、焦点距離が異なるとは、一方が合焦のときには他方が合焦せず、一方が非合焦のときに他方が合焦する程度に、光軸方向に近接して異なることを意味する。
【００１１】
本発明の露光装置は、前記露光ヘッドと、前記露光ヘッドを前記感光材料に対して相対移動させる移動手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の露光ヘッドでは、焦点距離が異なる複数のマイクロレンズを経由した光により同一位置を多重露光しており、これらの光には、露光すべき点に合焦したもの、光軸方向に合焦位置がわずかにずれたもの、の両方が含まれる。一方、個々のマイクロレンズの合焦位置では光パワー密度が高く、合焦位置から離隔するにつれて光パワー密度は小さくなる。合焦位置における高い光パワー密度で感光材料が感光してパターン形成されるように露光量を設定しておけば、露光すべき点に合焦した光によってのみパターン形成され、合焦していない光によってはパターン形成されない。よって、分解能向上のためにマイクロレンズのＮＡを大きくして個々のマイクロレンズの焦点深度が浅くなったとしても、結果として、解像度が高く、実質的に焦点深度が深い露光が可能となる。
【００１３】
焦点距離の異なるレンズを得るには、例えば屈折型レンズの場合には、単純にレンズの曲率が異なるよう形成すればよく、簡単に実現できる。これにより、本発明では、簡単な方法で実質的に深い焦点深度を得ることができる。
【００１４】
マイクロレンズを最も単純な平凸球面レンズで構成し、そのアパーチャ径を一定にした場合には、焦点距離が短いレンズほど焦点深度が浅くなる。一方、感光剤の厚み方向の任意の位置に必ず合焦させるには、この任意の位置がいずれかのマイクロレンズの焦点深度の範囲に入る必要がある。すなわち、厚み方向の全範囲がいずれかのマイクロレンズの焦点深度の範囲でカバーされている必要がある。そこで、同一位置の多重露光に用いられるマイクロレンズのうち少なくとも３つのマイクロレンズの焦点距離が異なる場合には、焦点距離が近いマイクロレンズ同士の焦点距離の差が、該マイクロレンズの焦点距離が短いほど小さくなるように設定しておけば、効率良く厚み方向の全範囲をいずれかのマイクロレンズの焦点深度の範囲でカバーできる。
【００１５】
一方、感光材料による露光光の吸収量は、感光材料の深い部分ほど大きい。そこで、焦点距離が近いマイクロレンズ同士の焦点距離の差が、マイクロレンズの焦点距離が長いほど小さくなるように設定すれば、上記感光材料の吸収による光量低下を補うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による露光ヘッドおよび露光装置について説明する。本実施形態の露光ヘッドおよび露光装置は、異なる焦点距離を有するマイクロレンズを経由した光を用いて多重露光するものであるが、まず、本実施形態の露光装置の全体の構成について説明する。図１は、本実施形態の露光装置の概略構成を示す斜視図である。
【００１７】
本実施形態の露光装置１００は、図１に示すように、感光材料１５０を表面に吸着して保持する平板状の移動手段としてのステージ１５２を備えている。そして、４本の脚部１５４に支持された厚い板状の設置台１５６の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド１５８が設置されている。ステージ１５２は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド１５８によって往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置には、副走査手段としてのステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動する図示しないステージ駆動装置が設けられている。
【００１８】
設置台１５６の中央部には、ステージ１５２の移動経路を跨ぐようにコの字状のゲート１６０が設けられている。コの字状のゲート１６０の端部の各々は、設置台１５６の両側面に固定されている。このゲート１６０を挟んで一方の側にはスキャナ１６２が設けられ、他方の側には感光材料１５０の先端および後端を検知する複数（例えば２個）のセンサ１６４が設けられている。スキャナ１６２およびセンサ１６４はゲート１６０に各々取り付けられて、ステージ１５２の移動経路の上方に固定配置されている。よって、ステージ１５２の移動に伴い、感光材料１５０に対し、スキャナ１６２およびセンサ１６４は相対的に移動する。なお、スキャナ１６２およびセンサ１６４は、これらを制御する図示しないコントローラに接続されている。
【００１９】
スキャナ１６２は、図２および図３（Ｂ）に示すように、ｍ行ｎ列（例えば２行４列）の略マトリックス状に配列された複数（例えば８個）の露光ヘッド１６６を備えている。なお、以下において、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド１６６ｍｎと表記する。
【００２０】
露光ヘッド１６６で露光される領域である露光エリア１６８は、図２に示すように、短辺が副走査方向に沿った矩形状であり、副走査方向に対し、所定の傾斜角θで傾斜している。そして、ステージ１５２の移動に伴い、感光材料１５０には露光ヘッド１６６ごとに帯状の露光済み領域１７０が形成される。なお、図１及び図２に示すように、副走査方向は、ステージ移動方向とは向きが反対である。なお、以下において、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア１６８ｍｎと表記する。
【００２１】
また、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、帯状の露光済み領域１７０のそれぞれが、隣接する露光済み領域１７０と部分的に重なるように、ライン状に配列された各行の露光ヘッド１６６の各々は、その配列方向に所定間隔ずらして配置されている。このため、１行目の露光エリア１６８１１と露光エリア１６８１２との間の露光できない部分は、２行目の露光エリア１６８２１により露光することができる。
【００２２】
各露光ヘッド１６６は、図４および図５に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて各画素部ごとに変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、ＤＭＤという）５０を備えている。このＤＭＤ５０は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた図示しないコントローラに接続されている。このコントローラのデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド１６６ごとにＤＭＤ５０の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド１６６ごとにＤＭＤ５０の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御に付いては後述する。
【００２３】
ＤＭＤ５０の光入射側には、光ファイバの出射端部（発光点）が露光エリア１６８の長辺方向と対応する方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部６８を備えたファイバアレイ光源６６、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を補正してＤＭＤ上に集光させるレンズ系６７、レンズ系６７を透過したレーザ光をＤＭＤ５０に向けて反射するミラー６９がこの順に配置されている。なお、図４では、レンズ系６７を概略的に示してある。
【００２４】
上記レンズ系６７は、図５に詳しく示すように、ファイバアレイ光源６６から出射した照明光としてのレーザ光Ｂを集光する集光レンズ７１、この集光レンズ７１を通過した光の光路に挿入されたロッド状オプティカルインテグレータ（以下、ロッドインテグレータという）７２、およびこのロッドインテグレータ７２の光出射側に配置されたコリメータレンズ７４から構成されている。集光レンズ７１、ロッドインテグレータ７２およびコリメータレンズ７４は、ファイバアレイ光源６６から出射したレーザ光を、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束としてＤＭＤ５０に入射させる。
【００２５】
上記レンズ系６７から出射したレーザ光Ｂはミラー６９で反射し、ＴＩＲ（全反射）プリズム７０を介してＤＭＤ５０に照射される。なお図４では、このＴＩＲプリズム７０は省略してある。
【００２６】
ＤＭＤ５０は図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、各々画素部（ピクセル）を構成する多数（例えば１０２４個×７６８個）の微小ミラー（マイクロミラー）６２が格子状に配列されてなるミラーデバイスである。各ピクセルにおいて、最上部には支柱に支えられたマイクロミラー６２が設けられており、マイクロミラー６２の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー６２の反射率は９０％以上であり、その配列ピッチは縦方向、横方向とも一例として１３．７μｍである。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジおよびヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置されており、全体はモノリシックに構成されている。
【００２７】
ＤＭＤ５０のＳＲＡＭセル６０にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー６２が、対角線を中心としてＤＭＤ５０が配置された基板側に対して±α度（例えば±１２度）の範囲で傾けられる。図７（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイクロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。したがって、画像信号に応じて、ＤＭＤ５０の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図６に示すように制御することによって、ＤＭＤ５０に入射したレーザ光Ｂはそれぞれのマイクロミラー６２の傾き方向へ反射される。
【００２８】
なお図７には、ＤＭＤ５０の一部を拡大し、マイクロミラー６２が＋α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー６２のオンオフ制御は、ＤＭＤ５０に接続された図示されないコントローラによって行われる。また、オフ状態のマイクロミラー６２で反射したレーザ光Ｂが進行する方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００２９】
ここでＤＭＤ５０は、それぞれがＬ行×Ｍ列のマイクロミラー６２を有するＫ個のブロック領域からなると想定される。図８に、１つのＤＭＤ５０によって得られる二次元像である露光エリア１６８、および露光エリア１６８における上記ブロック領域を示す。なお、図８では、簡明化のために行列数を少なくして表しており、Ｌ＝４、Ｍ＝１６、Ｋ＝４とし、４つのブロック領域をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとして示している。
【００３０】
図８に示すように、露光エリア１６８が副走査方向に対しθ＝±ｔａｎ−１（ｋ／Ｌ）の傾斜角θで傾斜するように、ＤＭＤ５０は傾けて配置されている。ここで、ｋはＬに対し互いに素な自然数、またはＬと等しい数である。このように露光エリア１６８を傾斜させることで、各マイクロミラー６２による露光ビームの走査軌跡（走査線）のピッチが、露光エリア１６８を傾斜させない場合の走査線のピッチより狭くなり、解像度を向上させることができる。
【００３１】
また、露光エリア１６８の傾斜角θを副走査方向に対し±ｔａｎ−１（ｋ／Ｌ）とすることで、同一走査線上を複数のマイクロミラー６２で反射した光が走査することになる。例えば図８において、走査線Ｌ１に着目すると、この走査線Ｌ１上を、図８において黒丸で示す計４つの反射光像（露光ビーム）が走査している。すなわち、感光材料１５０に対して露光ヘッド１６６が相対移動（副走査）するのに伴い、感光材料１５０上の同一位置を複数のマイクロミラー６２で反射した光によって多重露光している。
【００３２】
図４および図５に示すように、ＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光Ｂを、感光材料１５０上に結像する結像光学系５１が配置されている。この結像光学系５１は図４では概略的に示してあるが、図５に詳細を示すように、レンズ系５２、５４からなる光学系と、この光学系を透過した光が入射するマイクロレンズアレイ５５と、アパーチャアレイ５９とから構成されている。
【００３３】
レンズ系５２、５４からなる光学系は、ＤＭＤ５０による像を拡大してマイクロレンズアレイ５５上に結像する。マイクロレンズアレイ５５は、ＤＭＤ５０の各画素部に対応し、各画素部からの光をそれぞれ集光する多数のマイクロレンズ５６が２次元状に配列されてなるものである。各マイクロレンズ５６は、それぞれ対応するマイクロミラー６２からのレーザ光Ｂが入射する位置において、レンズ系５２、５４によるマイクロミラー６２の結像位置近傍に配されている。アパーチャアレイ５９は、マイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５６に対応する多数のアパーチャ（開口）が形成されてなるものである。なお同図中において、感光材料１５０は矢印Ｆ方向に副走査送りされる。
【００３４】
マイクロレンズアレイ５５は、図９に示すように、上記ＤＭＤのブロック領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応する４つのブロック領域に分割され、ブロック領域ごとにマイクロレンズの焦点距離が異なる。以下ブロック領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに配設されたマイクロレンズをそれぞれマイクロレンズ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄという。なお、図９においても、簡明化のために実際よりも行列数を少なくして表している。
【００３５】
図１０および図１１に模式的に示すように、マイクロレンズ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄの焦点距離は、この順に長くなり、その範囲は、感光材料１５０の感光層１５０ａのほぼ上面から下面にわたっており、その差はほぼ等間隔である。なお、図１１は上記４種のマイクロレンズ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄを重ねて示した図である。
【００３６】
上述したＤＭＤ５０の傾斜と同様に、マイクロレンズアレイ５５のレンズの配列方向も副走査方向に対し傾斜角θを有する。また、上述したＤＭＤ５０のマイクロミラー６２の多重露光と同様に、マイクロレンズアレイ５５においても、図９に黒丸で示すように、走査線Ｌ１上を、各ブロック領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ内の１つずつのマイクロレンズ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄが走査しており、感光材料１５０上の同一位置を焦点距離の異なるマイクロレンズ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄからの光により多重露光している。
【００３７】
個々のマイクロレンズの合焦位置では光パワー密度が高く、合焦位置から離隔するにつれて光パワー密度は小さくなる。したがって、合焦位置における光パワー密度で感光材料が感光してパターン形成されるように露光量を設定しておけば、露光すべき点に合焦したマイクロレンズだけによりパターン形成され、合焦していないマイクロレンズによってはパターン形成されない。
【００３８】
なお、多重露光の露光回数が多い場合には、合焦していないマイクロレンズだけによる露光の積算量が、感光材料が感光してパターン形成される感光閾値を越えてしまい、解像度が劣化する可能性が生じる。このような場合は、露光すべき点において、合焦していないマイクロレンズだけによる露光の積算量では感光閾値を越えず、且つ、合焦したマイクロレンズによる露光と、合焦していないマイクロレンズによる露光との積算量が、感光閾値を越えるように露光量を設定する。これにより、上記と同様の結果が得られる。
【００３９】
以上より、分解能向上のためにマイクロレンズのＮＡを大きくして個々のマイクロレンズの焦点深度が浅くなっても、上記のように焦点距離の異なるレンズで多重露光することにより、結果として、解像度が高く、実質的に焦点深度が深い露光が可能となる。
【００４０】
次に、上記のような焦点距離の異なるマイクロレンズの設計方法、および作製方法の一例を示す。マイクロレンズとして、作製が容易な平凸球面レンズを採用すれば、その焦点距離ｆは、単純に屈折率ｎと曲率半径ｒだけで決まり、ｆ＝ｒ／（ｎ−１）である。例えば、使用材質を屈折率約１．４６の石英ガラスと想定し、焦点距離１００μｍの平凸球面レンズとすると、その曲率半径は４６μｍとなる。さらに、露光波長４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．２６、レジストや現像プロセスにより決まる定数ｋ２＝０．２とすると、その焦点深度は約１．２μｍとなる。
【００４１】
そこで、上記の曲率半径４６μｍのレンズを基に、曲率半径が若干異なるレンズ、例えば曲率半径が４４、４５、４７のレンズを想定する。これらのレンズについて、同一径のアパーチャを配し、焦点距離および焦点深度を計算した結果を表１に示す。
【表１】
2007033973.tif 000003
【００４２】
このようなレンズを作製するには、石英ガラス基板上に公知のグレースケールの階調パターンをブロック領域ごとに制御してそれぞれ曲率の異なるレンズ形状を作製する方法や、ブロック領域ごとにレジストパターンのサイズを変えて熱リフローする方法を用いて、レジストによるレンズ形状を形成する。その後、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３等のフッ素系混合ガスでＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ）ドライエッチングを行い、石英ガラスに転写する。このときバイアスや基板温度、エッチングガスの混合比を制御することで、レジストと石英ガラスの選択比を調整し、上記の曲率半径の形状を得ることができる。
【００４３】
なお、上記の実施形態では、焦点距離の変化はほぼ等間隔としたが、これに限定するものではなく、感光材料の種類や、露光プロセス等、各種条件に応じて、適宜設定することが望ましい。同一位置の多重露光に用いられるマイクロレンズのうち少なくとも３つのマイクロレンズの焦点距離が異なる場合には、焦点距離の差に注目してその値を設定してもよい。
【００４４】
上記のような平凸球面レンズではアパーチャ径を一定とすると、焦点距離が短いレンズほど焦点深度が浅い。この点に着目して、感光材料の厚み方向を複数のマイクロレンズの焦点深度でカバーするように、焦点距離が近いマイクロレンズ同士の焦点距離の差が、マイクロレンズの焦点距離が短いほど小さくなるように設定してもよい。すなわち、焦点距離の異なる複数のマイクロレンズを、焦点距離の短い順に番号を付け、ｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）に焦点距離の短いマイクロレンズの焦点距離をｆｉとし、下式を満たすようにする。図１２はこのような４つのマイクロレンズ５６Ａ’〜５６Ｄ’を重ねて模式的に表した図である。  
ｆｉ＋１−ｆｉ＜ｆｉ＋２−ｆｉ＋１
【００４５】
あるいは逆に、感光材料の深い部分ほど感光材料による露光光の吸収量が多い点に着目して、この吸収による光量低下を補うように、焦点距離が近いマイクロレンズ同士の焦点距離の差が、マイクロレンズの焦点距離が長いほど小さくなるように設定してもよい。すなわち、焦点距離の短い順に番号を付け、ｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）に焦点距離の短いマイクロレンズの焦点距離をｆｉとし、下式を満たすようにする。図１３はこのような４つのマイクロレンズ５６Ａ’’〜５６Ｄ’’を重ねて模式的に表した図である。  
ｆｉ＋１−ｆｉ＞ｆｉ＋２−ｆｉ＋１
このように、マイクロレンズの構成を適宜選択することで、各種のレジスト、各種の露光プロセスに対応できる。
【００４６】
なお、用いるマイクロレンズは上記のような平凸球面レンズに限定するものではなく、他の形状のレンズでもよく、非球面レンズ、屈折率分布型レンズ、回折光学素子等を採用してもよい。
【００４７】
また、上記の実施形態では、マイクロレンズアレイを４個のブロック領域に分割したが、ブロック領域の分割数はこれに限定するものではなく、２以上であればよく、目的とするパターニングプロセスに合わせて分割数を設定することが望ましい。なお、本実施形態では、ブロック領域ごとに焦点距離が異なるようにしたが、ブロック領域数が多い場合などは、同じ焦点距離を有するマイクロレンズからなるブロック領域が複数あってもよい。
【００４８】
さらに、マイクロレンズアレイは必ずしも行列状のブロック領域に分割する必要はなく、同一位置の多重露光に用いるマイクロレンズのうち少なくともその２つの焦点距離が異なるように構成すればよく、様々な配列が可能である。例えば、焦点距離が異なるマイクロレンズを、走査線の経路に沿って交互に配置してもよく、あるいは図１４に示すように、焦点距離の異なる４種類のレンズａ、ｂ、ｃ、ｄを、斜め方向に同一焦点距離のマイクロレンズが並ぶように千鳥格子配列にしてもよい。同一ＮＡで焦点距離の異なるレンズを構成するときなど、各レンズの外径が異なる場合には、これらの外径サイズを考慮して配置することが望ましい。特にレジストパターンサイズを変化させて熱リフローにより形成されるマイクロレンズにおいては、隣接するレンズの接触を回避できるよう、大きな外径のレンズと小さな外径のレンズを隣接配置した千鳥格子配列が有効である。
【００４９】
またさらに、上記実施の形態の結像光学系５１に代わり、マイクロレンズ５５と感光材料１５０との間に倍率変換等を目的としたレンズ系５７、５８からなる光学系を挿入した結像光学系５１’を用いた図１４に示す露光ヘッドに対しても本発明は適用可能である。
【００５０】
なお、上記例では、空間光変調素子としてＤＭＤを備えた露光ヘッドについて説明したがこのような反射型空間光変調素子の他に、透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用することもできる。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；Ｓｐａｃｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等の液晶シャッターアレイなど、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子を用いることも可能である。なお、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間光変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間光変調素子を意味している。さらに、ＧＬＶ（ＧｒａｔｉｎｇＬｉｇｈｔＶａｌｖｅ）を複数ならべて二次元状に構成したものを用いることもできる。これらの反射型空間光変調素子（ＧＬＶ）や透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用する構成では、上記したレーザの他にランプ等も光源として使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる露光装置を示す斜視図
【図２】図１の露光装置のスキャナの構成を示す斜視図
【図３】（Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図
【図４】図１の露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図
【図５】図４の露光ヘッドの構成を示す断面図
【図６】デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の構成を示す部分拡大図
【図７】（Ａ）および（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図
【図８】ＤＭＤによる露光エリアを示す図
【図９】マイクロレンズアレイの構成を示す図
【図１０】焦点距離の異なるマイクロレンズを示す断面図
【図１１】図１０のマイクロレンズを重ね合わせた図
【図１２】焦点距離の異なる別の例のマイクロレンズを重ね合わせた図
【図１３】焦点距離の異なる別の例のマイクロレンズを重ね合わせた図
【図１４】焦点距離の異なるマイクロレンズの別の配列例を示す図
【図１５】本発明を適用可能な別の露光ヘッドの構成を示す断面図
【符号の説明】
【００５２】
５０    デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５１    結像光学系
５２、５４    レンズ系
５５    マイクロレンズアレイ
５６、５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄ    マイクロレンズ
５９    アパーチャアレイ
６２    マイクロミラー
６６    ファイバアレイ光源
６７    レンズ系
６８    レーザ出射部
７１    集光レンズ
７２    ロッドインテグレータ
１００    露光装置
１５０    感光材料
１５２    ステージ
１６２    スキャナ
１６４    センサ
１６６    露光ヘッド
１６８    露光エリア
１７０    露光済み領域
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ    ブロック領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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